Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Nähere Charakterisierung der Zucht des Mausstammes Cftrtm1Unc-Tg(FABPCFTR)1Jaw/J, sowie Evaluation eines oralen Ionkulationsmodells mit Pseudomonas aeruginosa hinsichtlich seiner Eignung für antipseudomonale Impfstoffstudien

Glass, Imke

Patients suffering from the monogenic hereditary disease Cystic Fibrosis often aquire an infection of the lower airways with the multi-resistent pathogen Pseudomonas aeruginosa during the advanced stage of their disease. In fact, Pseudomonas aeruginosa lung disease is considered the leading cause of death in CF-patients (PAUL et al. 2001). Consequently, preventing the colonisation of the airways with Pseudomonas aeruginosa would be an important step towards improving quality of life and enhancing life expectancy. Hence, a multitude of efforts have been made in the past, in order to develop an anti-pseudomonial vaccine (DORING u. PIER 2008). Since an infection with Pseudomonas aeruginosa is most often aquired via nasal and oropharyngeal route (KUBESCH et al. 1988), the past failure to successfully develop such a vaccine may be explained with the exclusive systemic application. Through this route of administration antibody-response is triggered solely in the serum. In this study, a recombinant vaccine containing Pseudomonas aeruginosa outer membrane proteins Opr-F and I was tested in a mouse model for its ability to provoke protection against Pseudomonas-infection. The vaccine could be applied both systemically, as well as on a mucosal level, in form of a nasale gel (BAUMANN et al. 2004). The Cftrtm1Unc- Tg(FABPCFTR)1Jaw/J mouse strain was chosen due to its corrected CF-gut-pathology (ZHOU et al. 1994). The oral inoculation model introduced by COLEMAN et al. (2003) was first tested for its ability to produce a colonisation of the lungs. Surprisingly, we could not prove this hypothesis, as it had been stated in the literature (COLEMAN et al. 2003)  Our findings support the idea of a hematogenic distribution of the pathogen, after oral ingestion. Therefore, the colonisation of the lung was no longer used as an outcome parameter in the actual vaccine trials. Instead throat-swaps and faecial cultures were investigated. While we could reproduce the CF-specific pathology described by COLEMAN et al. in the naiv mice, this was no longer the case in the vaccinated animals. However, it could be displayed, that the vaccinated CF-mice showed delayed clearance of both the oropharynx as well as the faeces in comparison to the non-vaccinated animals. Possibly, the explanation for this phenomenon can be found in a stronger inflammatory response of the oropharyngeal and gut-mucosa in these animals, resulting in a more potent adhesion of the bacteria (TEICHGRABER et al. 2008). Immunologically, all mice were able to produce a systemic antibody-response to the vaccine, but compared to for instance mice of the strain C57/Bl/6, the antibody levels where quite low. A correlation between the immune response and the mixed strain background of the CF-mice may be discussed here. In the end, the establishment of a functioning CF- colony played an important role in this study as well. The decision to breed mice that were homozygote for the knockout-mutation and at the same time hemizygote for the human transgene resulted in immense breeding problems and brought up the question, if pinpointing the exact location of the transgene in the mouse genome would not simplify the breeding of this strain considerably. In the following, first attempts to this matter have been initiated. All in all, the present study was able to show that the oral inoculation model by COLEMAN et al. is not capable of inducing a Pseudomonas aeruginosa lung infection and that the recombinant OprF-I-vaccine is unable to provoke sufficient protection against this pathogen, neither when applied systemically, nor mucosally. In addition, numerous suggestions where made, to improve breeding of the FABP-mouse-strain.

Patienten mit der monogenen Erbrkankheit Mukoviszidose leiden häufig im fortgeschrittenen Stadium ihrer Erkrankung an einer Infektion mit dem multiresistenten Keim Pseudomonas aeruginosa. In der Tat gilt die Pseudomonas aeruginosa-Lungeninfektion bei CF-Patienten als führende Todesursache (PAUL et al. 2001). Folglich wäre die Prävention einer solchen Keimbesiedlung ein wichtiger Schritt dahingehend die Lebensqualität und Überlebensdauer solcher Patienten zu verbessert. Deshalb wurden in der Vergangenheit bereits vermehrt Versuche unternommen, einen antipseudomonalen Impfstoff herzustellen (DORING u. PIER 2008). Da eine Infektion mit Pseudomonas aeruginosa vornehmlich über den Nasen-Rachen-Raum aquiriert wird (KUBESCH et al. 1988), kann das Scheitern bisheriger Impfstoffstudien möglicherweise dadurch erklärt werden, dass die Applikation des jeweiligen Impfstoffes bisher immer rein systemisch durchgeführt wurde und somit auch die Antikörper-Antwort auf systemischem Wege erfolgte. In der hier vorliegenden Arbeit wurde ein rekombinanter OprF-I- Impfstoff auf seine Wirksamkeit im Mausmodell hin untersucht, welcher neben direkter systemischer Gabe, auch mukosal, in Form eines Nasengels appliziert werden konnte (BAUMANN et al. 2004). Wegen der korrigierten CF-Darmpathologie wurden als Versuchstiere Mäuse des Stammes Cftrtm1Unc-Tg(FABPCFTR)1Jaw/J gewählt (ZHOU et al. 1994). Als Infektionsmodell diente das orale Inokulationsmodell nach Coleman et al (COLEMAN et al. 2003). Vor Beginn der eigentlichen Impfstoff-Studie wurde das Trinkwassermodell noch auf seine Eignung zur Herbeiführung einer Pseudomonas aeruginosa-Lungeninfektion hin getestet. Überraschenderweise deuteten alle Ergebnisse der Vorversuche darauf hin, dass es durch dieses Infektionsmodell, nicht wie von Coleman beschrieben, zu einer Infektion der tiefen Atemwege kommt, sondern lediglich zu einer hämatogen Streuung des Erregers nach oraler Aufnahme. Demnach wurde die Besiedlung der Lunge für die Evaluationsversuche nicht mehr als Outcome-.Parameter verwendet, sondern stattdessen Rachenabstriche und Kotuntersuchungen herangezogen. Während die von Coleman beschriebene CF-spezifische Pathologie bei den nativen Tieren noch reproduziert werden konnte, war diese in den geimpften Tiergruppen nicht mehr so eindeutig feststellbar. Allerdings zeigte sich hier, dass die geimpften CF-Tiere durchweg eine schlechtere Clearance des Erregers sowohl im Rachenraum, als auch im Kot aufwiesen. Möglichweiser liegt die Erklärung hier in der erhöhten inflammatorischen Antwort bei den CF-.Mäusen und eine daraus resultierenden stärkeren Adhäsion des Erregers an den Schleimhäuten (TEICHGRABER et al. 2008). Immunologisch gesehen, konnten zwar alle CF-Tiere eine systemische Immunantwort nach erfolgter Impfung vorweisen, im Vergleich zu Mäusen des Stammes C57/Bl/6/J fielen die Serum-Ak-Titer jedoch erheblich niedriger aus. Eine Korrelation mit dem gemischten Stammhintergrund der CF-Tiere ist denkbar. Die Etablierung einer funktionierenden CF-Mauszucht nahm in dieser Arbeit erheblichen Raum ein. Die Entscheidung Mäuse mit homozygoter Expression des Knockouts und gleichzeitiger hemizygoter Expression des humanen Transgens für die Versuche zu generieren führte zu erheblichem züchterischem Aufwand und zu der Frage, ob durch die genau Lokalisation des Transgens im Mausgenom, die Zucht nicht erheblich vereinfacht werden könnte. Demzufolge wurden erste Versuche in die Wege geleitet die Lage des Transgens im Genom zu bestimmen. Insgesamt konnte in dieser Arbeit dargestellt werden, dass das oralen Inokulationsmodell nach COLEMAN et al. nicht zu einer Pseudomonas aeruginosa – Lungeninfektion führt und dass der rekombinante OprF-I-Impfstoff weder nach systemischer, noch nach mukosaler Applikation zu einer ausreichenden Protektivität führt. Weiterhin wurden verschiedene Ansätze zur Verbesserung der FABP-Mauszucht herausgearbeitet.

Quote

Citation style:

Glass, Imke: Nähere Charakterisierung der Zucht des Mausstammes Cftrtm1Unc-Tg(FABPCFTR)1Jaw/J, sowie Evaluation eines oralen Ionkulationsmodells mit Pseudomonas aeruginosa hinsichtlich seiner Eignung für antipseudomonale Impfstoffstudien. Hannover 2010. Tierärztliche Hochschule.

Rights

Use and reproduction:
All rights reserved

Export